光電変換効率の増強を示すハライド・ペロブスカイトの三次元フォトニック結晶の作製

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フォトニック結晶は、光の波長と同程度の間隔で屈折率分布を有するナノ周期構造をもつ人工結晶である。フォトニック結晶は、光子のエネルギーに対して、バンド構造が形成される特徴があり、特定波長の光が侵入できなかったり、内部に閉じ込められたりするなどの現象が観察される。一方、ペロブスカイト型の結晶構造をもつ金属ハライド化合物が、極めて高い光電変換効率を実現する材料として見出され、太陽電池周辺の半導体分野で活発に研究されている。この金属ハライド・ペロブスカイト化合物でフォトニック結晶を形成できれば、光電エネルギー変換の増強などの高度な制御の実現が期待できる。しかし、その作製法は十分に確立されていない。本研究では、ペロブスカイトからなるフォトニック結晶の作製を目指す。まず、テンプレート法によるフォトニック結晶の形成を試みた。原理検証として、単層のポリスチレン・コロイド結晶をテンプレートに用い、テンプレートの空隙内に、ペロブスカイト化合物を成長させた後、テンプレートを除去することでペロブスカイト化合物の二次元フォトニック結晶を得ることを試みた。ペロブスカイト化合物として、メチルアンモニウムヨウ化ビスマス (MA3Bi2I9)を用いた。ミストデポジション法により、ポリスチレン・コロイド結晶内にMA3Bi2I9を成長させることができることを確認した。その後、トルエンに浸漬することで、ポリスチレン・コロイドを選択的に溶解除去することができ、周期構造を有するMA3Bi2I9層を得ることができた。